TS 1A2 CORRECTION de la fiche d`exercices N. Pidancier

TS 1A2
CORRECTION de la fiche d'exercices
Diversification du vivant avec modification du génome :
Exercice 1 : Gènes de développement et diversification
N. Pidancier
1- Exercice 8 p. 56 :
Chez le serpent (python) possédant des côtes quasiment tout le long de la colonne vertébrale, les deux
gènes Hox-c6 et Hox-c8 s'expriment tout le long de la colonne vertébrale (sauf dans la partie postérieure).
Chez le Poulet, l'expression conjointe des gènes Hox-c6 et Hox-c8 est limitée à la région correspondant à
l'emplacement des côtes mais le gène Hox-c8 s'exprime aussi au-delà vers l'arrière.
Or les membres se développent en avant et en arrière de la zone où s'expriment les gènes Hox-c6 et Hoxc8.
On en déduit que les côtes se forment sur les régions de la colonne vertébrale où les deux gènes Hox-c6 et
Hox-c8 s'expriment en même temps. C'est le cas sur toute la longueur de la colonne vertébrale chez les
serpents donc ils n'ont pas de pattes.
Un changement dans la région d'expression d'un gène de développement comme Hox-c6 conduit à
un nouveau plan d'organisation et donc à la diversification du vivant.
2- Doc 5 et 6 p. 41
Le développement du bec chez les Pinsons fait intervenir le gène de développement Bmp4.
L'expression de Bmp4 est plus intense et plus précoce chez l'embryon du pinson à gros bec que celui du
pinson à bec moyen d'après les photos du doc 5.
La différence de forme du bec chez les pinsons s'explique donc par un niveau d'expression et une
chronologie de l'expression différente des gènes de développement chez ces deux espèces.
Sur les photographies du doc 6, on constate que la sur-expression du gène Bmp4 chez l'embryon de 10
jours conduit à un oiseau avec un bec 4 fois plus large et 2 fois plus épais que la normale.
La sous-expression du gène Bmp4 chez l'embryon de 10 jours conduit à un bec moins large et moins
épais que la normale.
Or Bmp4 est un gène de développement.
Modifier le niveau d'expression du gène de développement Bmp4 conduit à modifier la taille et
forme du bec des Pinsons.
Si la modification du niveau d'expression de Bmp4 est héréditaire, elle pourra se transmettre au cours des
générations et conduire à la formation d'espèces différentes.
Bilan :
Modifier le niveau d'expression, la région d'expression ou le moment de l'expression de gènes de
développement chez l'embryon conduit à des modifications du plan d'organisation ou de variation de
taille et/ou forme de certains organes. Les gènes de développement participent donc à la diversification
du vivant.
Autre exemple optionnel p. 40
Sur les photos du doc 2, on voit que des mutations du gènes de développement HoxD13 sont associées à
des malformations des doigts de la main chez l'Homme. D'après le doc 1, ce gène HoxD13 fait partie de
gènes de développement chez les Mammifères et il existent un gène homologue chez le Poisson-Zèbre.
La comparaison avec le logiciel Anagène de la séquence protéique du gène HoxD13 de l'homme et du
poisson-zèbre montre une ressemblance de l'ordre de 93%
Ces gènes dérivent d'un même gène ancestral intervenant dans la formation des doigts de nombreuses
espèces de Vertébrés.
D'après les schémas du doc 4 montrant les zones d'expression du gène HoxD13 chez les embryons de
souris et du poisson-zèbre lors de la formation des membres postérieurs, on voit que ce gène s'exprime au
même endroit sur les bourgeons de membres pendant la phase 1 puis dans une zone plus large chez
l'embryon de souris que chez le poisson-zèbre dans la phase 2. De plus ces deux phases sont plus longues
chez la souris (2 jours) seulement 4 heures chez le Poisson-Zèbre.
Les membres sont très différents entre les deux espèces
On en déduit que des différences dans la durée d'expression et la localisation de l'expression du gène
HoxD13 conduit à des membres ayant des structures différentes, caractéristiques de deux groupes d'êtres
vivants. L'expression des gènes de développement est donc à l'origine d'une diversification du vivant.
Exercice : Association de génome et diversification du vivant
L'ensemble des chromosomes de Triticum urartu sont notés A, ce lot comporte 7 paires de
chromosomes différentes. Le génome complet est noté AA
Pour distinguer les chromosomes de Aegilops speltoides de ceux de T. urartu sont notés B et ceux de T.
taushii sont notés D. (cf schémas faits en cours)
Histoire évolutive du blé et événement de polyploïdisation
Un polyploïde contient plus de deux lots complets de chromosomes. Les cellules polyploïdes sont
généralement plus volumineuses que les diploïdes. Les plantes polyploïdes donnent généralement (mais
pas toujours) des fruits plus gros que les plantes diploïdes. C’est pourquoi des événements de
polyploïdisation spontanée ont été sélectionnés à plusieurs reprises au cours de l’histoire de l’agriculture.
Pour l'obtention du blé dur :
Il y a d'abord eu hybridation de deux espèces Triticum urartu et Aegilops speltoides (-17000 ans). Les
hybrides possèdant des chromosomes non homologues (7 de type A et 7 de type B), ils étaient
certainement stériles car les chromosomes ne pouvaient pas s'apparier lors de la méiose (pas de formation
de gamètes). Un événement secondaire de polyploïdisation (méiose anormale) a permis le doublement des
chromosomes. Ceci conduit à l'apparition d'une nouvelle espèce T. turgidum tétraploïde (génome AABB)
sauvage. L'homme a sélectionné certains individus du fait de leurs caractéristiques, peu à peu et cela a
conduit à la formation d'une variété domestiquée de T. turgidum (blé dur). [voir chapitre sur la plante
domestiquée]
Hybridation et polyploïdisation (d'après schémathèque Dijon)
Pour l'obtention du blé tendre :
Il y a eu croisement du blé dur cultivé par l'homme avec une espèce diploïde sauvage (T. tauschii). Les
hybrides triploïdes (ABD) étaient certainement stériles car leurs chromosomes de type A, B et D ne sont
pas homologues. Un événement de polyploïdisation a permis de doubler le nombre de chromosomes de
façon accidentel et a conduit à l'apparition d'individus hexaploïdes fertiles. C'est la naissance d'une
nouvelle espèce, le blé tendre.
Les hybridations entre espèces, suivies de polyploïdisation peuvent donc être à l'origine de nouvelles
espèces et c'est donc un processus permettant la diversification du génome.